文摘
天地盒的非线性变换承认负责当代块密码的确定性。多种S-boxes计划由不同作者在文献中。建设天地盒和一个强大的密码分析是诡计多端的分组密码的重要一步。通过本文,我们提供更强大的和有价值的S-boxes和比较他们的特点与一些先前S-boxes用于密码学。本文算法程序计划应用射影一般线性群的作用 伽罗瓦球场上 。拟议中的S-boxes构造利用默比乌斯变换和伽罗瓦域的元素。通过使用这种方法,我们将加密图像S-boxes的卓越的应用。这些S-boxes提供了一个强大的代数质量和功能强大的混乱。我们已经测试了的强度提出S-boxes通过使用不同的测试,BIC,囊,DP, LP和非线性。此外,我们应用这些S-boxes图像加密方案。检查图像加密方案的强度,计算对比,熵,相关性,能源和同质性。结果保证该方案更好。这种方案的优点是,我们可以安全的机密图像数据在传输过程中。
1。介绍
天地盒的概念在1949年首次引入应用科学家克劳德·香农,然后这个概念已经吸引了许多研究者的关注。网络通信的快速发展和大规模的数据应用,数据的安全已经成为更受欢迎的话题。学者们提出了传播的信息加密、隐私保护。在对称加密,块加密算法通常使用,例如,在加密(DES)、AES和其他系统。在分组密码系统中,有一个主要的非线性组件称为替换盒子。天地盒在对称密码系统的安全起着至关重要的作用。AES考虑是一个有效的密码体制在很大程度上。AES的重要组成部分之一是其主要盒预测的反演和转换,因为识别AES的通信系统;替代传统盒子吸引了注意力。然而,替换盒子是受雇于AES预定。 The S-box is a nonlinear component of block cipher which creates confusion. The maintenance of information security has become an excellent challenge for the cryptography. Substitution boxes have been employed in many cryptosystems including encryption standard (DES), international data encryption algorithm (IDEA), and advanced encryption standard (AES). The security strength of substitution box determines the safety of the entire cryptosystem. It is therefore established that the substitution box is the important nonlinear component of the cryptographic system. Cryptography has unprecedented ways of the utilization of encryption capabilities to produce security of the data.
许多图像加密算法与天地盒已经提出(1- - - - - -8]。刘等人。6使用一次性S-boxes)解释了图像加密方案。侯赛因和冈德尔岛(5]给出了一个扩展的图像加密使用混沌耦合映射和转换盒,confusion-diffusion结构被认为,平原的像素图像的地方混了一个混乱的帐篷映射,然后延迟耦合映射格子和天地盒变换被用来拼图原始图像和密码形象之间的关系。Zhang et al。9]介绍了一种有效的基于交替循环S-boxes混沌图像加密,和一组S-boxes被陈混沌系统构造。刘等人。10,11)开发自适应控制器设计和模糊同步不确定的分数阶非线性系统,分数阶混沌系统。AES的审查是解释说考虑到高吞吐量,效率,和提高性能(12]。汗等。13]介绍了一种有效的基于双仿射替换框的图像加密方案和混沌系统。阿西夫和沙14使用BCH码)解释了图像加密方案。Alanazi et al。15解释了密码分析的小说基于多个混沌图像加密方案替换盒子。一种方法增加多媒体安全使用3 d混合混沌映射和混合排列置换解释Naseer et al。16,17]。哈立德et al。18)定义使用S-boxes基于椭圆曲线的图像加密方案。密码分析天地盒基于加密方法阐明了姆尼尔et al。19]。非线性组件基于椭圆曲线和功率联合循环结构被定义为海德尔et al。20.)和侯赛因et al。21),分别。
上述提出的研究是不够安全的数据通信通道。为了克服这个缺点,我们提出了一个新颖的方法使用默比乌斯变换。现有研究只处理一个天地盒AES算法,但我们的方案是使用十S-boxes利用加密图像。剩下的纸是组织如下:天地盒由使用元素的元素的伽罗瓦域部分2,伽罗瓦域的元素利用S-boxes线性分式变换。节3S-boxes进行分析,比较与其他S-boxes也。节4、图像加密方案,提出了利用S-boxes,不同的测试应用于加密图像,图像加密方案与现有技术的比较。本文提出了部分的结论5。
2。使用伽罗瓦域建设天地盒
2.1。伽罗瓦域
任何有限域叫做伽罗瓦域。如今,伽罗瓦字段是用在许多数据安全加密算法。被定义为伽罗瓦提出延伸 在哪里是原始的不可约多项式的学位 。
2.2。天地盒的施工方案
一个 天地盒构造使用伽罗瓦域的元素。总盒是256年提出的元素,由的作用 在(22]。现在,我们有默比乌斯变换: 在哪里 ,和 。
在这里,的值是构建新的天地盒。该算法将停止工作 不存在。此外,在被除数和除数的变化值后,还有一个场景,除数等于零的结果。我们另外检查这无助的价值度规则,使除数为零;为了克服这种类型的错误零因子,我们分配相关的剩余价值得出的值替换盒子。为了找到的元素,我们替代的价值从0到255和转换 二进制形式。在二进制类型控制之前,简单的往往描绘中的值的多项式形式。从被除数和除数的单元与相应的二进制值被修改””解释为一个特定的本原多项式
在这里,用于建筑的元素(23]。数学的方法将用于我们的进一步处理。我们可以定义 ,在哪里 和多项式 是原始的不可约多项式。
现在,我们构造转换盒的值通过使用默比乌斯变换和元素的伽罗瓦域表1。在这里,我们考虑
在这里, 我们考虑 ;然后,
每个值转换成二进制形式,我们将得到相应的值的多项式。我们可以看到这个多项式的对应值表1在形式的“ 。”
因此,第一个值的转换盒是169;遵循同样的步骤,我们将计算剩下的天地盒的元素。
3所示。分析转换S-Boxes及其比较支持
非线性组成部分的数量必然改变成功在仿射距离最低。因此,对于一个巨大的“米,“计算将是困难的。现在,我们将提到的一系列功能Fⁿ与α,所以非线性被定义为
这些S-boxes应满足以下的非线性关系(24]: 120年被认为是一个绝对的非线性价值。
从表2- - - - - -11,我们注意到,从表12的最大非线性转换盒= 107.3,其他S-boxes相比哪个更好。
3.1。严格雪崩准则(囊)
中间产生的比特应该修改的结果 。一次执行一个输入点,然后给定相关变更显示雪崩的结果。给定操作离合器的有效雪崩结果如果方法复制所有输入位也差不多雪崩变量实现值1。天地盒满足囊如果只有1输入修改这样的结果大量的输出位改变了。函数的表达式, 序列是安全的吗α这样的重量 ,因此,函数 满足囊(29日]。
通过考虑到最大值和最小值,我们观察到囊的平均值表13是相对更好,0.5∼。
3.2。一些独立的标准(BIC)
这是另一个风格的标准盒计算价值了,因为输出Y和Z应该单独修改。一点独立的标准是一个适当的属性为每个墓穴的分析方案,通过引入韦伯斯特和塔瓦雷斯。它一直认为,布尔函数 是两个不同的输出比特天地盒。如果天地盒遇到一些独立标准, 应该特别非线性和可用尽可能靠近为了满足严格雪崩准则。我们可以结合地证明一些独立评估非线性和严格雪崩准则 (30.]。
在表14BIC的比较,取最小值;我们的最小值为101.3,相比哪个更好刘J ' S-boxes Hussain et al .,残渣。
3.3。线性近似概率(LP)
它是确定的价值最高的不平等现象发生。输入比特的均匀性应输出的一致性比特的形象。的输入 ,输入各自评估和其后果部分输出位公式中发现的显示的数量拍属于构造盒以及各式各样的每一个可行的输入位天地盒,用一部分 ,在哪里和显示输入/输出(15]。
表15表明我们的转换盒线性攻击是更好的残渣'天地盒相比,相同Hussain天地盒。
3.4。微分近似概率(DP)
天地盒是分组密码,因为它是一个非线性的组成部分。在完美的情况下,天地盒显示了不同的一致性。被认为是输入微分而表示输出微分。在技术移民,已经注意到,多少机会差动输入位分别是映射在微分输出位。肄业证书输入微分关联程度应该分别映射到输出 。计算微分一致性,天地盒可以显式指定的DP的如下:
在这里,表示一组可能的可行的输入值及其组件用的数量 。
表16显示盒维护其最大差为抵抗概率为0.06,是可以接受的价值差攻击。
4所示。提出S-Boxes的应用
最先进加密标准算法用于图像加密数据。我们可以通过在MATLAB中使用AES加密任何图像。我们将不会得到任何信息的原始图像时,图像加密。从这,我们可以看到,AES加密算法可以得到的结果图像加密。AES加密系统是对称的;它有三种类型的加密的关键长度:128年,196年,256位,128位的数据包大小;和算法具有很好的灵活性。因此,它也被用于软件和硬件。在这3个AES算法的长度,长度是常用的128位的关键。这个密钥长度下,10倍迭代计算是在内部完成的算法。 Additionally, in the final round, every round contains five portions: Sub Bytes, S-box, Shift Rows, Mix Columns, and Add Round Key. Here, we perform the digital image encryption and will get the date which uses encryption algorithm of AES. Then, digital image encrypted by using AES algorithm is realized in the MATLAB simulation.
从图1,我们可以看到主持人形象在执行第一轮AES时是不可预测的,和图片上的这种疾病增加执行其他轮。图像的功能也可以通过灰度直方图的图像描述,显示出现的次数不同的像素值。如果图像包含了低对比度,然后直方图将缩小,将集中在中间的灰度。从结果,表明AES算法的加密图像具有良好的效果。
4.1。S-Boxes多数逻辑标准
多数逻辑标准适用在S-boxes的评估过程,采用AES(高级加密标准)。的强度提出S-boxes检查统计分析。统计分析的基本组件使用为了多数逻辑标准是来自下面的结果:(一)对比(b)相关(c)能源(d)同质性(e)熵
替换过程中,首先数据修改到加密数据的形式。另一方面,在置换过程中,数据材料或内容的顺序发生了变化,从而导致不同的安排。替换的过程取决于数量的比特' n使钥匙的数量等于2ⁿ。排列的融合和替换的数据位的输入的加密数据更强。
以下4.4.1。对比
大量的对比图片内允许观众明亮识别图像中的对象。因为照片加密,disorderness的数量增加;因此,它提升了很高水平的对比价值。对比与混乱的数量是由原始图像中的天地盒。对比分析的数学描述
在这里我,j表示图像的像素。图2显示了相反的例证。
4.1.2。相关
对比阐述了图像中像素之间的关系数据。相关分析分为三个不同的部分。表现在以下几点:(一)垂直和水平(b)对角线的格式(c)一般的相关性
此外,在部分地区进行分析,另外包括在完整的图像处理。这种分析计算其邻国的像素的相关性考虑完成图像的像素数据。
如果M, N确定两个矩阵和米锰N锰标识的均值矩阵元素,相关性
相同的图像的相关性是一点;如果相关性是相等的,这并不意味着照片是相同的。两个不同的图片可能有相同的相关性,但像素颜色的分布可能是完全不同的,如图3。
4.1.3。能源
分析的能量被用来衡量图像加密。灰度同现矩阵用来进行能量。以前的替换盒的性能比之前更健康天地盒用于分析。能量的数学表示
4.1.4。同质性
图像包含的数据的自然分布相关的内容对应的图像。我们执行的同质性计算分布式组件的亲密。这是通常被称为灰色调的空间依赖矩阵。应用灰度共生矩阵建立了代表像素亮度值或灰度值的组合,形成一个表。灰色的频率水平往往是照明应用灰度共生矩阵建立从表中。
同质性往往是决定
在这里,灰度同现矩阵应用灰度共生矩阵建立中提到的 。
4.1.5。熵
熵的定义往往是因为照片中的随机性。加密图像的熵来标示 在哪里直方图统计。图4显示了高和低熵的比较。超级随机图像熵值8。因为形象变得可预见,熵减少。因此,为了获得良好的加密的形象,熵必须接近8。
在这里,表17显示了多数逻辑判据的S-boxes满足所有标准的标准,可用于通信。
熵措施的强度图像加密方案。如果熵几乎等于8,这意味着我们的图像加密方案是好的。如果对比高,加密图像的强度更有益。相关性尽可能接近于零显示更好的加密的图像质量。如果能源和同质性减少,约等于零,然后提出的图像加密方案更好。
表17表明,加密图像熵接近8,对比度非常高,相关性和能源都接近于零,和同质性也降低。从这些测试和比较,我们可以说该图像加密方案使用了10个不同的S-boxes圆很好。
5。结论
天地盒是加密的算法中的重要组件融合成SPN,扮演了一个至关重要的部分。在这项工作中,我们利用技术建设值得盒建立的行动 伽罗瓦域上 。这个新构造盒与一个特殊的莫比乌斯变换。已经观察到的评价,表示计划新盒是容易的和简单的软件和硬件的应用程序。此外,分析天地盒的能力,我们有不同的测试应用,非线性,BIC囊,LP, DP。然后,我们使用这些S-boxes图像加密和检查图像加密的强度通过应用不同的测试,对比,相关性,熵,能源和同质性。我们有与他人相比结果;因此,我们得出这样的结论:该方案产生有效率的结果与其他的相比。LP的比较,DP,严格雪崩准则,独立标准与现有技术保证图像加密的方案更好。在未来,提出S-boxes将用于音频、视频和文本加密方案。提出了图像加密方案用于不同的军事情报机构的数据安全。
数据可用性
没有数据被用来支持本研究的发现。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
本文是一个项目的一部分由院长以来科研(域),阿卜杜拉国王大学,吉达,在批准号d.1432 - 26 - 611。因此,作者欣然承认DSR技术和财政支持。